基于CAE的机油泵振动噪声解决方案-V2

机油泵振动噪声解决方案白长安海基盛元声学事业部2013.10.31交流内容

海基声学事业部机油泵振动噪声概论机油泵振动噪声现有解决方案基于CAE分析的振动噪声解决方案总结2始于2008年，牵手FFT，引进Actran！3海基声学事业部海基提供以下声学CAE产品4声学CAE产品服务SoundFlowEASEHVAC专业的建声、电声分析软件Actran专业的隔声/吸声结构设计软件专业的计算声学软件专业的空调系统噪声分析软件5声学事业部人员架构CAE软件应用团队人员结构10人的技术团队专业构成声学-3人车辆-2人空气动力学-2人航空-1人核能-1人机械-1人CAE软件开发团队海基声学事业部精神：一马愿为先6咨询服务类型国家重大科技专项和863课题承担与合作大飞机专项、核电专项、直升机课题企业咨询项目服务汽车：发动机、进排气系统、空调、机油泵、风噪声、声学包船舶：螺旋桨、阀门、船舱、声纳、柴油机工程机械：挖掘机驾驶舱、风机、液压泵、发动机机电产品：空调、压缩机、消声器、内排管、吸尘器、变压器、电机、电梯、扬声器、话筒咨询服务形式单一项目的服务→战略合作伙伴的框架式服务1对1的服务→为中小型企业提供的计算云服务7声学咨询服务声学服务平台8QQ群：81289983www.China-A交流内容

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机油泵振动噪声概论机油泵振动噪声现有解决方案基于CAE分析的振动噪声解决方案总结9机油泵振动噪声概论机油泵是汽车发动机上的润滑系统，高速运转会产生较为严重的振动和噪声危害，影响车内外人们的舒适性，同时影响机油泵的使用寿命。机油泵性能分析中主要考虑结构和流体分析；结构包括强度、密封、疲劳等；流体性能包括排量、扭矩、压力脉动、空化等。机油泵产生振动和噪声，最主要的是在工作过程中瞬间产生的一些冲击载荷的作用，包括油压和其它一些载荷。机油泵流致振动噪声分析中，流固耦合、声振耦合分析均较为困难，工程师以实验测试和工程经验为主。1011机油泵流致噪声机理旋转的离散噪声旋转噪声是由于转子或叶片的转动,周期性地激励泵体而产生的噪声，其频率为齿轮的啮合频率(叶轮机械的叶片通过频率)，在其基频和谐波处具有较高的噪声值：

n为叶轮/齿轮转速，r/min;z为叶轮叶片数/齿数；i=1,2,3…表示谐波序号。离散噪声分类:(1)齿轮泵齿与齿之间的周期性的相互作用引起的噪声；(2)齿轮泵固定安装不稳产生的周期性的振动噪声。2.宽频带噪声湍流噪声是由于机油流过油道和齿间过程中在齿表面形成的紊流附面层以及在齿轮出口附近产生的附面层脱离而形成的。涡流噪声是一种宽带噪声，在一个很宽的频率范围内具有较强的噪声值。宽频噪声分类:(1)湍流边界层及尾流；(2)漩涡从固体表面脱落；(3)湍流冲击固体表面；(4)空泡噪声。机油泵振动噪声概论现有解决方法以实验测试和故障诊断为主12实验测试和故障诊断过程根据实验结果改进模型交流内容

海基声学事业部机油泵振动噪声概论机油泵振动噪声现有解决方案基于CAE分析的振动噪声解决方案总结13机油泵振动噪声现有解决方案现有技术路线14CAD模型模态提取模态校核实验试验件传感器布置振动、噪声测试反馈意见机油泵振动噪声现有解决方案模态分析模态分析是衡量结构固有振动属性的一种数学方法，主要就是求解系统矩阵方程的特征值，以确定结构的特征频率，为产品改进提供依据。对模态进行分析时，不考虑阻尼情况（因结构的阻尼对其模态频率和振型影响很小）.15固有频率和振型机油泵振动噪声现有解决方案模态校核试验考虑到由于网格离散质量及边界约束等方面会因分析者对问题的理解而存在差异，从而导致求解结果有所差异，这里需要对模态分析的结果进行验证。常用的模态试验方法是将结构按照实际连接方式进行安装后，通过力锤对结构表面进行敲击，以激起结构的固有频率。这种方法简单可靠，但很难激起所有的固有频率，所以一般还是通过数值计算进行模态求解，然后通过模态试验进行验证和对比。16机油泵振动噪声现有解决方案模态校核试验

取模态数值计算中的外啮合齿轮泵安装在机油泵综合性能试验台架上，在结构表面布置一组振动加速度传感器，连接信号采集设备进行振动信号采集。这里采用B&K的单向加速度传感器和PULSE信号采集系统进行信号采集，然后通过对信号进行FFT变换，找出特征频率的分布规律。17机油泵振动噪声现有解决方案实验测试18原试验件泵体改进后试验件泵体麦克风传感器加强筋机油泵振动噪声现有解决方案优点：直观的测量振动加速度值、噪声大小；若改进后再测试效果好，说服力较强缺点：实验准备工作量较大、准备周期长，费时费力；需工程师具备丰富工程经验，改进意见比较盲目；对机油泵振动噪声机理分析不够清晰；19机油泵振动噪声现有解决方案优缺点：交流内容

海基声学事业部机油泵振动噪声概论

机油泵振动噪声现有解决方案基于CAE分析的振动噪声解决方案总结20基于CAE分析的振动噪声解决方案CAD模型CFD网格流体计算流体声源CAD模型声学网格声学计算计算结果流体分析噪声分析CAD模型模态分析模态试验传感器布置振动、噪声测试反馈优化ICFD转换基于CAE分析的振动噪声解决方案研究对象22泵体几何模型流体域几何模型研究模型为10齿的外啮合齿轮泵，计算工况中转速为6000RPM基于CAE分析的振动噪声解决方案CFD分析：网格处理23CFD啮合齿轮部分网格如下所示，网格采用结构化网格，进出口油腔的网格是通过Pumplinx通用网格生成工具生成，共232658个网格。基于CAE分析的振动噪声解决方案CFD计算设置24基于CAE分析的振动噪声解决方案CFD结果云图(瞬态)25油泵流体域压力分布云图流体域密度分布云图流体域Y速度分布云图基于CAE分析的振动噪声解决方案CFD结果：流场中流线示意图26基于CAE分析的振动噪声解决方案CFD软件湍流CFD模拟基本变量压强,速度,密度,……iCFD将

CFD

基本量转换为声源

将声源插值入声学网格

执行傅里叶转换ACTRANAero-Acoustics

计算

iCFD得到声源的传播

导出预设场点的声场云图和声压值ACTRAN/VIACTRAN结果的后处理从

CFD结果到声学结果...声学分析流程基于CAE分析的振动噪声解决方案声学模型28声学模型包括：内部油液区、泵体、外部空气域；对计算区域进行网格划分，在划分网格时，网格大小满足每声波波长至少6个线性网格单元要求，即：

基于CAE分析的振动噪声解决方案声源项29由声源项云图可以得到结论：机油泵正常运转时，出口侧声源项压力较大；齿轮啮合时产生明显离散噪声，啮何处声源项声压较大；基于CAE分析的振动噪声解决方案声压分布云图30基于CAE分析的振动噪声解决方案泵体结构振动位移31基于CAE分析的振动噪声解决方案场点频谱曲线32由图可以看出，在频率1000Hz、2000Hz、3000Hz、4000Hz处声压级出现了峰值，由下面公式得，转速为6000RPM时，齿轮泵的由齿轮啮合产生的压力脉动的基频为1000Hz，其前3阶谐波为2000Hz、3000Hz、4000Hz，所以在这些频率处均有波峰产生。基于CAE分析的振动噪声解决方案33振动噪声测试：模态分析基于CAE分析的振动噪声解决方案34振动噪声测试：模态分析基于CAE分析的振动噪声解决方案35振动噪声测试：模态分析基于CAE分析的振动噪声解决方案仿真值与实验对比曲线36考虑到实验本身也有误差，Actran仿真得到数据与实验数据吻合较好；2000Hz和2600Hz实验值与仿真值差距较大，其他频段基本吻合；1000Hz、2000Hz、3000Hz、4000Hz为啮合频率及其倍频，Actran能精确仿真旋转机械离散噪声。基于CAE分析的振动噪声解决方案声学指向性分析37场点布置示意图机油泵场点基于CAE分析的振动噪声解决方案噪声贡献量分析利用GREEN分析，可以得到泵体不同部位对监测点噪声的贡献度，本文取实验时噪声的测量点作为监测点计算泵体的贡献度，监测点如图所示。38麦克风机油泵基于CAE分析的振动噪声解决方案39噪声贡献量分析基于CAE分析的振动噪声解决方案40噪声贡献量分析交流内容

海基声学事业部机油泵振动噪声概论机油泵振动噪声现有解决方案基于CAE分析的振动噪声解决方案总结41总结近几年CAE分析在国内发展较快，特别是当流体、声学、结构等领域能够相互耦合，软件与软件之间能够较好的兼容解决工